[發(fā)明專利]一種反激式開關電源電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410274340.3
• 申請日: 2014-06-18
• 公開（公告）號: CN104079188B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發(fā)明（設計）人: 王保均;尹向陽
• 申請（專利權）人: 廣州金升陽科技有限公司
• 主分類號: H02M7/04
• 分類號: H02M7/04;H02M1/32;H02M1/42;H02M1/14
• 代理公司: 廣州嘉權專利商標事務所有限公司 44205
• 代理人: 譚英強

技術領域

本發(fā)明涉及開關電源領域，特別涉及高可靠性的交流變直流開關電源電路。

背景技術

工業(yè)與民用需要把各種電網(wǎng)的交流電壓變成隔離的直流，極為傳統(tǒng)的方法是使用體積大的工頻變壓器，將市電轉換成低壓交流電，再整流濾波成直流電，然后經(jīng)線性穩(wěn)壓電路得到較為純凈的直流電，這個方法的變換效率低，體積大、功率因數(shù)也比較低。

上世紀六十年代出現(xiàn)的開關電源較好地解決了這一問題，如目前較好的電源，使用BOOST的PFC(Power?Factor?Correction)電路加上LLC變換器(LLC?resonant?converter)，可以讓功率因數(shù)在0.95以上，并且變換效率可以高達96%，電路拓撲復雜，成本高，用在大功率場合才有優(yōu)勢。

對于輸入功率在75W以下的開關電源，反激式(Flyback)開關電源具有迷人的優(yōu)勢，電路拓撲簡單，輸入電壓范圍寬。由于元件少，電路的可靠性相對就高，所以得到廣泛的應用，常見的拓撲如圖1所示，該圖來自張興柱博士所著的書號為ISBN978-7-5083-9015-4的《開關電源功率變換器拓撲與設計》第60頁。由整流橋101，以及濾波電路200、基本反激拓撲單元電路300組成，實用的電路在整流橋前還加有EMI(Electromagnetic?Interference)等保護電路，以確保反激開關電源的電磁兼容性達到使用要求。

整流橋101一般由四個整流二極管組成，申請?zhí)?01210056555.9的授權發(fā)明說明書中的圖4-1、圖4-2、圖4-3給出了整流橋的幾種公知畫法；濾波電路200一般由電解電容CL構成，為了EMI性能更出色，一般在電解電容CL兩端還會并聯(lián)一個高頻特性好的高壓小容量電容；基本反激拓撲單元電路300包括很多器件，這里只列出功率變壓器B，主功率開關管V，一般為MOS管，輸出整流二極管D，輸出濾波電容C，反激拓撲中的功率變壓器B事實上是儲能電感，基本反激拓撲單元電路300以下簡稱為反激電路，以300表示，其實它還包括很多電路，如用于吸收MOS管反峰電壓的DCR電路，PWM控制電路，光耦反饋電路，甚至有源鉗位電路，甚至是雙管反激電路。

隨著工業(yè)領域中智能化系統(tǒng)的推廣，小功率反激式開關電源向各個領域滲透，小功率反激式開關電源的不足之處也體現(xiàn)出來，正因為反激式開關電源使用電解電容CL，該電解電容限制了圖1反激式開關電源的用途，眾所周知，這里的電容C使用400V耐壓的電解電容，而耐壓大于250V的電解電容，其低溫一般只能工作到-25℃。即在-40℃的環(huán)境下，如東北三省、新彊、以及高緯度的國家與地區(qū)，小功率反激式開關電源的使用變得棘手，當然，可以使用如CBB這種CBB薄膜電容來濾波，但體積過大，且成本過高。

針對此，2012年下半年，日本紅寶石電解電容生產(chǎn)廠全球首家推出能工作在-40℃環(huán)境下的電解電容，以滿足市場需要，但是這種電容由于研發(fā)時間短，上市時間也短，其品質(zhì)有待市場檢驗，品種少，其產(chǎn)品在全球有專利保護，其它電解廠家生產(chǎn)困難，對于開關電源生產(chǎn)廠，其采購也困難。

解決這一問題，也有方法，如采用填谷式功率因數(shù)校正電路，簡稱填谷電路，填谷電路是由斯賓格勒(Spangler)于1988年提出的，參見圖2中201部分，其中電容C1和電容C2性能參數(shù)相同，一般采用相同型號的電容即可，當然，不同型號的，其容量大體相同，即容量相差不足20%也可工作，這種情況也視為電容的性能參數(shù)相同；二極管D1和二極管D2的性能參數(shù)相同。其原理為：首次通電以后，當輸入的交流電壓接近峰值時，對電容C1、電容C2充電，即當交流電壓U_AC經(jīng)整流橋101后，從整流橋101的正極輸出端(圖中標+)輸出，電流經(jīng)電容C1、二極管D3、電容C2返回整流橋101的負極輸出端(圖中的-)，實現(xiàn)對電容C1、電容C2的充電。

在放電時，電容C1和電容C2是等效并聯(lián)放電，即電容C1的放電電流經(jīng)負載300、二極管D1回到電容C1的負極，同時，電容C2的放電電流經(jīng)二極管D2、負載300流回到電容C2的負極。圖2中，當負載300由開關電源換為純阻性負載時，W點的工作波形，即負載300的工作電壓波形，如圖3所示，以輸入電壓U_AC為220V交流有效值為例，其中T為交流電的周期，為20mS。圖3中虛線為整流橋101后無任何濾波電路的電壓波形，是脈動直流電，最低工作電壓為零伏。